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线粒体在细胞中扮演着多重角色，它不仅是细胞内的能量工厂，也是细胞凋亡信号的调节器和放大器，还是细胞内活性氧产生的最主要场所。线粒体膜通透性转换(MPT)在细胞凋亡过程中发挥着重要的功能。持续性的线粒体膜通透性转换(iMPT)在凋亡的效应阶段起决定性作用，iMPT可介导细胞色素c等促凋亡因子从线粒体释放到胞浆中，进一步激活下游的信号通路，导致细胞不可逆的走向凋亡。然而，对于瞬时性的线粒体膜通透性转换(tMPT)还欠缺研究，tMPT的生理功能，尤其是它在凋亡过程中是否也扮演重要的角色还不是很清楚。一直以来关于活性氧(ROS)与凋亡之间的关系也存在着很多争议，活性氧是引起凋亡的原因或是凋亡伴随的现象还没有定论。 我们采用新发现的特异性超氧阴离子探针mt-cpYFP，将其稳定表达在HeLa细胞的线粒体上，观察到了线粒体局部的量子级超氧爆发，即线粒体超氧炫(superoxideflash)，并证明了flash在HeLa中与tMPT的偶联(flash/tMPT)。 在此基础上，我们以flash作为tMPT的光学度量信号，研究了tMPT在细胞凋亡中的作用。我们发现亚硒酸盐(selenite)、双氧水(H2O2)诱导的氧化应激型细胞凋亡是flas/tMPT依赖的。且flas/tMPT在凋亡早期的启动阶段是线粒体的早期反应信号，其响应速度快于胞浆内活性氧(ROS)的升高，以及Bax的转位、Cytc的释放等。而staurosporine(STS)诱导的凋亡是非flash/tMPT依赖的。 我们发现tMPT具有促凋亡作用。在氧化应激型细胞凋亡中通过限制mPTP孔道开放(CsA、BA、敲减CypD等)可以抑制tMPT，并且能够在不同程度上抑制氧化应激型细胞凋亡。 我们进一步探讨了tMPT的促凋亡机制，发现tMPT并没有在凋亡的效应阶段引起Bax的转位或Cytc的释放，而是通过线粒体ROS促进凋亡。广谱性ROS清除剂(MnTMPyP、MnTBAP)和线粒体特异性ROS清除剂(SS31、mitoTEMPO)都能够抑制tMPT，并且显著性抑制氧化应激型细胞凋亡。我们证明了量子级的线粒体局部ROS爆发具有促凋亡的作用，而且这种线粒体ROS对于胞浆整体ROS的贡献甚微。 我们还分析了mPTP组分(CypD)、Bcl-2家族蛋白(Bcl-2、Bax)对tMPT的调控作用。我们的研究发现：CypD蛋白有促凋亡作用，对tMPT有调频(FM)效应；Bcl-2蛋白的抑凋亡作用不仅体现在凋亡的效应阶段，早在凋亡的启动阶段，Bcl-2就可以通过对tMPT的调频(FM)、调幅(AM)效应从而抑制凋亡；Bax的促凋亡作用并不依赖于tMPT。 综上所述，本论文将生物物理学与细胞生物学的技术相结合，论证了瞬时性的线粒体膜通透性转换(tMPT)及其偶联的线粒体局部的活性氧爆发(超氧炫，flash)具有促凋亡的作用，并研究了多种调控分子在氧化应激型细胞凋亡中的功能。这些工作为凋亡和氧化损伤相关的多种疾病的病理研究、针对性治疗，提供了新的靶点和思路。